AMD Ryzen 3000 "Matisse" – samlingstråd

Min primära invändning mot Buildzoids video kring Asrock AB350M är egentligen inte maximal strömkapacitet, om inte annat sätter spolarna en hård gräns + antar man bara "rätt" T_j kan man visa att lo-MOSFETs för V_core tål allt från 0 A (T_j = T_jMax = 150°C) till 390 A (T_j = T_A = 25°C).

Invändningen är hur han räknar på en dubblerad fas utan PWM-splitter. Får inte på något sätt ihop 156 A med en värmeutveckling på ~70 W. Kan absolut se hur man kan komma till 156 A, men då blir värmeutvecklingen ~33 W enligt mina beräkningar.

Verkligheten

Som kontrollpunkt här kan man fundera: när jag slog på PBO+AutoOC gick uppmätt effekt från väggen från ~200 W till ~300 W, förutsatt att min 3900X och din 3900X håller ungefär samma V_core när de kör samma program (hyfsat rimligt antagande) så drog systemet någonstans 160-170 A. TechSpot får rätt snarlika siffror när de testade 3900X på samma moderkort (skillnaden är att jag har mer kylning på VRM).

Verkar det sannolikt att en relativt liten VRM-kylfläns skulle kunna kyla av >70 W värme??? Och är det rimligt att VRM-kylflänsen på mitt moderkort då skulle hålla 40°C?

Sättet jag är rätt säker man ska räkna på ger lång rimligare 33 W värme i detta fall. Räknar jag på samma sätt för SoC för t.ex. hans Gigabyte X470 Ultra Gaming (som är en "vanlig" 3-phase) får jag exakt samma siffror som han får (för varje strömnivå)!

Känns det rimligt att VRM för CPU-kärnorna och SoC skulle ha nära nog identisk kapacitet på ett AB350M Pro4? Är det inte uppenbart att det är något galet med beräkningen här?

Vidare så finns inga skyddskretsar alls på detta moderkort för VRM (vilket det finns på de mer high-end betonade moderkorten), så kommer aldrig att "VRM-trottla" utan det blir en thermal-runnaway med rök och eventuellt ljuseffekter. Om kapaciteten verkligen var 156 A och jag/TechSpot kör laster som ligger 10-20 A över så borde det nog ha luktat lite skumt efter ett tag...

Teori

Får också VRM för V_core till ~150 A om jag sätter T_C till 125°C (vilket man teoretisk kan göra, men som TechSpots mätning inte riktigt visar är ett "typiskt" värde utan det ska vara lägre). Men använder man sedan samma T_C för SoC blir ju kapaciteten ~70 A (som ändå är mer än nog i praktiken), inte 150 A.

Vänder man på det så ger ett T_C på ~60°C ungefär 150 A för SoC (fast spolarna tål bara ~120 A som max så de är flaskhals här). Men vid det värdet blir kapaciteten för V_core ~315 A (vilket inte heller är möjligt då spolarna bara tål ~240 A).

Kan få samma siffror för värmeutveckling som han listar i AB350 Pro4 videon. Det om man räknar som att hälften av alla komponenter i VRM för V_core är helt oanvända (0 A**). D.v.s. 1/3 av total ström går till en uppsättning low-MOSFET/high-MOSGET/choke per fas. Om så är fallet, varför i hela friden skulle man dubbla antalet komponenter per fas då det ökar kostnad?

Exempel på parallella VRM utan "doublers"

Den här videon visar just fallet där man parallellkopplar VRMs som switchar "i fas" med varandra, man har ju exakt de fallet inom varje V_core fas för Asrock AB350M Pro4 (och en lång rad andra moderkort av budgetkaraktär).

Läxa upp mig!

Men som jag skrivit tidigare: även om det kan kännas trist att ha fel så vill jag att du med rejäl tydlighet pekar ut vad mitt tankefel är här. För endera vet du hur det borde göras, eller så begriper jag inte riktigt hur du kan vara så tvärsäker på att det faktiskt är fel.

Vad jag tror är att du litar blint på att Buildzoid har rätt. Men även om man är expert inom ett område så kommer man ha fel ibland. Framförallt om man som i hans fall får en bild på något och sedan ska dra massas slutsatser (vissa saker måste han ju gissa då de inte framgår av ett foto).

Jag gissar att han i alla fall fått sättet man ska räkna förluster om bakfoten i fallet "dubblade komponenter i en fas". Finns egentligen bara två fördelar med den designen: högre strömkapacitet och lägre förlust vid en specifik strömlast, i övrigt är den identisk med en "normal" 3-fas (kapacitansen lär faktiskt vara sämre då kapacitans hos parallella system adderas). Men åter igen, om du är så säker på att jag har fel, peka ut vad felet är för det borde vara rätt enkelt!

* Använder denna information för värmeberäkningen. Specifikt beräknar "conduction loss" (den som är proportionell mot R_PD(ON) och kvadratisk m.a.p. I_D samt "switching loss", som bl.a. är beroende på frekvensen hos VRM, övriga orsaker till värmeförlust är långt mindre och dessa två ger väldigt bra överensstämmelse med Buildzoids beräkningar i alla lägen utom faser med parallella komponenter utan "doublers").

** Är här Kirchhoff's Current Law kommer in, om den "andra" parallella uppsättningen komponenter i en fas "ser" 1/3 av hela lasten måste den första uppsättningen se 0 A. För vi kan vara rätt säkra på att den här lagen är korrekt.

OK, är helt med på vad du säger nu och håller med om att jag helt missförstod dig!

Vad jag ville belysa är att i alla tre I_D grafer vi pratat om här så beskriver kurvan hur maximal ström påverkas av T_c vid ett specifik R_PD(ON). I varje graf dras en linje för ett, i den grafen, konstant värde på R_PD(ON).

Jag hävdar däremot inte att R_PD(ON) är en konstant. Precis som du nämner tidigare så beror den av en rad olika saker, primärt av T_j men också på V_GS tydligen även I_D (enligt dokument jag läst som beskriver hur man ska gå tillväga för att designa en VRM för t.ex. en telefon/laptop).

Av praktiska skäl måste ju datablad välja att beskriva värden vid en rimlig (och förhoppningsvis hyfsat typiska) värden, här kan man diskutera om de valda värdena är "typiska" eller ej (du kanske anser att Sinopowers graf inte är gjord med bra "typiska" värden givet avsedda användningsområden?).

Vad jag förstått från andra Buildzoid videon så använder många moderkort, framförallt de enklare, en V_GS på 12 V (inte 4,5 V som de värden listas här och som verkar användas i Buildzoids video för just Asrock AB350M). R_PD(ON) är lägre vid V_GS = 12 V än V_GS = 4,5 V. Så ur den aspekten är ändå Sinopower-databladet vettigt, de använder V_GS på 10 V.

Dock: Sinopower databladet är felmärkt, är fel sak listad på X-axeln då grafen kan inte representera T_C = 25°C, X-axeln är T_C (vilket helt korrekt är fallet i t.ex. Vishays databladet du länkade). Märkningen ska nog vara T_J = 150°C och V_GS = 10 V, för då stämmer resten.

Kan ta första steget här. Du har fel och @Jalle64 har rätt i denna.

Redan postad information

Läs länken Jalle64 postade. Hur ofta har AnadTech haft så fundamental fel i artikel att sanningen är tvärt emot vad de skriver?

Electronic Engineering Times

EE Times brukar publicera artiklar man kan lita är korrekta. De har flera artiklar i ämnet "spread spectrum", denna säger rätt mycket precis som AnandTech artikeln

"The differential mode is caused by current loops formed between traces and the ground plane on PC add-in cards and motherboards, loops that act as antennas and radiate EMI that may exceed the FCC limits."

Och här förklaras vad som faktiskt utförs

"Essentially, spread spectrum is a modulation method where the modulation is measured as a percentage. For example, a 0.5 percent modulation means that a 100-MHz clock is modulated between 99.5 and 100.5 MHz. This is called a center 0.5 percent modulation (delta), since the 100-MHz fundamental frequency remains the center frequency."

D.v.s när man slår på detta introduceras medvetet jitter. Jitter = avvikelse i periodiciteten av klockfrekvensen, knappast något som ökar stabilitet...

Artikel av PhD i EE

Killen som skrivit denna artikel har doktorerat i "electrical engineering", så lite koll borde han ju ha i området. Han har bl.a. jobbat åt Google och Occulus med att designa kretsar till deras produkter och genom det dragit på sig >10 patent i området.

Det betyder inte att automatiskt har rätt, men vi kan nog gissa att han har bättre koll än svensson

Några axplock från artikeln

"Generally, frequency modulation through spread spectrum clocking should not cause any problems. However, system stability may be compromised if you are overclocking the memory bus.
...
Therefore, it is recommended that you disable the MCLK Spread Spectrum feature if you are overclocking the memory bus. You will be able to achieve better overclockability, at the expense of higher EMI."

Så man kan antagligen ha detta påslaget (nog till och med en bra idé för att slippa potentiell EMI problem med produkter man har hemma som kommunicerar trådlöst). Undantaget är om man överklockar sitt minne, då bör man slå av det då det minskar stabiliteten.

Man bör också ha det på om man är paranoid (eller i alla fall om man anser att Spectre/Meltdown är ett potentiellt problem för hemanvändare)

"All clock signals have extreme values (spikes) in their waveform that create EMI (Electromagnetic Interference). This EMI interferes with other electronics in the area. There are also claims that it allows electronic eavesdropping of the data being transmitted."

Och orsaken verkar som tidigare nämnts primärt vara att klara FCC-kraven

"To prevent EMI from causing problems to other electronics, the FCC enacted Part 15 of the FCC regulations in 1975. It regulates the power output of such clock generators by limiting the amount of EMI they can generate. As a result, engineers use spread spectrum clocking to ensure that their motherboards comply with the FCC regulation on EMI levels."

Teori

Det här är väldigt mycket orsaken till varför jag lägger tid på ett forum som SweClockers, man kan lära sig något nytt!!!

Vad är det rent konkret "spread spectrum" gör i kontext av en PC? Jo, PC innehåller massa klocksignaler. Dessa är i det ideala fallet en perfekt fyrkantsvåg.

Hur ser Fouriertransformen av en fyrkantsvåg ut? Tja, för en perfekt variant är det en serien Dirakpulser med amplitud som avtar som 1/N där N är numret på den sinusvåg (är en oändlig serie av sinusvågor där perioden är udda heltal från frekvensen på fyrkantsvågen) som bygger upp fyrkantsvågen.

I praktiken är aldrig fyrkantsvågen perfekt, bl.a. därför att en perfekt våg måste ha absolut noll tid att växla mellan hög/låg-nivå. Det är ju omöjligt att uppnå i praktiken. Så det ser ut något åt detta håll

Vad "spread spectrum" gör är att lägga in "orenhet" även i periodiciteten, d.v.s. addera jitter. Effekten av detta är att man breddar topparna ovan. Arean under varje topp är konstant, så breddar man toppen minskar man amplituden -> minskar energin sett till en specifik frekvens -> minskar "brus" hos eventuella enheter man kan tänkas störa i närområdet (så de får då högre signal/brus kvot).

Kort och gott, man minskar EMI effekten då man sprider ut störningarna över en större bandbredd.

Snälla: läxa upp mig på samma sätt kring VRM för jag vill fatta vad jag just nu tydlige missförstått!!!

Finns en detalj som saknas i din liknelse här. Låt oss stanna vid lön.

Normalfallet är att du får 100 % lön. Men din arbetsplats har för tillfället inte klimatkompenserat sina varor (får representera att "spread spectrum" är av och din dator potentiellt sprider EMI).

Klimatkompensering ligger ju i tiden, men det kostar ju företaget pengar. Då deal:en är att om alla går ner till 99.8 % lön kommer företaget klimatkompensera alla deras köp.

Du kan också välja "knapptryckningen" och stanna vid 100 % lön (100,0 MHz), men då finns en viss risk att du rätt vad det är får kicken (datorn kraschar) därför att man inte längre kan garantera en balanserad ekonomi.

Om "spread spectrum" lägger på 0,2 MHz jitter så är 99,8±0,2 allt <= 100,0 MHz som är specifikation medan 100,0±0,2 tidvis når 100,2 MHz som kan ställa till med problem!

Jag lär fråga vad det är för fel på dig rent ärligt, är du skitsur för att jag påvisade hur uppåt väggarna du var med dina påståenden att du nu gör allt i din makt att försöka tvåla till mig som du tyckte jag skulle göra? (bisarrt nog i sig) Vet du vad, jag är inte här för att tvåla till folk, till skillnad från dig har jag inte det behovet.

Om du kan påvisa fakta så tar jag till mig den, du kanske skulle börja göra det samma istället?

Sen skrev jag total energi, om du har samma mängd energi men spridd över ett bredare frekvens spektra så blir amplituden mindre men med samma mängd energi över just bredare frekvensband, vet inte riktigt hur du tolkar det.

Om du ser det som "tvåla till" tar du det på helt fel sätt.

Jag ser det som något positivt när någon kan lära mig något nytt. Även om det moment kan kännas lite surt om man innan stuckit ut hakan och det visat sig att det hela var en killgissning.

Som jag skrev innan, jag har noll intresse av att irritera dig. Om du sitter inne med information kring något jag tycker är värt att känna till men missförstått vore det superfint om du kunde dela med dig av kunskapen!

Tar vi det specifika fallet har du hävdat t.ex.

Om sådan artiklar faktiskt finns, varför inte länka i alla fall en av dessa?

Om de artiklar som länkats ovan är korrekt är det andra inte så mycket att diskutera, det är tvärtom huvudfunktionen för "spread spectrum".

Du har själv fetmarkerat det felaktiga här. Det ska alltså vara inaktiverat för bästa stabilitet, detta då funktionen medvetet introducerar
jitter (som försämrar stabiliteten).

Var inte det ett tydlig och sakligt påpekade på vad som, i alla fall från mitt lilla hör av världen, verkar felaktigt i det du påstått i ämnet? Kan inte se att det på något sätt skulle vara ett påhopp på dig som person, om det mot förmodad är det ber jag om ursäkt i förskott!

Detta är formlerna jag använde för att räkna ut värmeförlust.

T_S (temperatur på kylflänsare) kan jag mäta med IR-kamera. θ_CS kan, om man vill, skattas genom att kombinera TechSpots mätningar av T_C och anta att våra system utvecklade ungefär lika mycket värme.

Övriga siffror finns i databladet, utom T_C, där måste man anta ett värde som kan vara rimligt (TechSpot listar ju detta som "MOSFET surface temperature").

De stämmer inom någon Watt med de som han räknar fram i videon, utom just ett specifikt fall: VRMs utan "doubles" men med två parallella high-MOSFET/low-MOSFET/choke. Det blir "rätt" där förutsatt att man ignorerar ett parallellt spår (d.v.s. ignorerar hälften av komponenterna i VRM).

Och du har inte svara på: om han räknar rätt utvecklar V_core VRM runt 70 W i TechSpot-fallet (samt i mitt fall med Octave/DGEMM med PBO-aktiverat).

Svara på detta: givet storleken på den kylflänsen, känns det rimligt att kunna avleda 70 W och ända hålla sig inom rimliga gränser? Även de 33 W jag kom fram till känns i högsta laget, men det kraschade i.o.f.s. för TechSpot (de hade inte en extra fläkt mot VRM som jag har).

Edit: kollade videon, inte konstigt att jag får samma resultat... Är föga oväntat exakt samma formler vi använder och det är samma komponenter (för värmeförlust) vi ignorerat (då de i praktiken är långt mindre än de två som faktiskt tas med, det utanför "idle").

Kvar är då: varför räknar han fallet med två parallella spår per fas utan "doublers" som om det bara finns ett spår (det är exakt det resultat man får om man gör det antagandet)?

Det jag hittat om just den designen är att den har exakt två potentiella fördelar:

• lägre mängd utvecklad värme vid en specifik total strömstyrka. Teoretisk blir PD_cond exakt halverad per fas, men PD_sw går upp då det nu är dubbelt så många MOSFETs. Men vid höga strömmar är PD_cond mycket större än PD_sw så blir en klar reduktion

• Orsaken till lägre effekt är just att PD_cond beror av kvadraten på I_D, dubblar man allt "ser" varje VRM ungefär halva strömmen (Kirchhoff's current law). Man balanserar explicit, men systemet är faktiskt delvis självbalanserande då R_PD(ON) ökar med temperatur -> om en VRM får mer ström ökar dess temperatur snabbare -> högre resistans -> strömmen tar den andra VRM:en i större utsträckning

I övrigt finns inga fördelar. Med "doublers" minskas även rippel samt man slipper ökad faskapacitans då de två VRM aktiveras vid olika tillfällen (high-side är ju endast aktiv ~10 % av tiden, så inget överlapp med 180°C fasförskjutning).